Состав нектара медоносных растений

1 Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии исследован состав нектара основных медоносных и лекарственных растений умеренного пояса: клевера ползучего (Trifolium repens L.), ивы белой (Salix alba L.), липы мелколистной (Tilia cordata L.) и донника белого (Melilotus albus L.). Статистически обоснованы видовые биохимические показатели нектара по содержанию водорастворимых витаминов, свободных аминокислот, алифатических карбоновых кислот и фенольных соединений. Нектар травянистых растений клевера ползучего и донника белого отличался от нектара древесных растений липы мелколистной и ивы белой более высоким содержанием аминокислот, витаминов и фенольных соединений. Приведены данные по основным группам насекомых, опыляющих исследованные виды растений. Установлена взаимосвязь состава нектара с систематическим положением растений, а также продемонстрирован коэволюционный аспект между биохимическим составом нектара и пищевыми предпочтениями насекомых-опылителей.

1. Ливенцева Е.К. О методике определения нектаропродуктивности растений // Пчеловодство. – 1954. — № 11. – С. 33–39.

3. Farjan M., Łopieńska-Biernat E., Lipiński Z., Dmitryjuk M., Źόlotowska K. Supplementing with vitamin C the diet of honeybees (Apis mellifera carnica) parasitized with Varroa destructor: effects on antioxidative status // Parasitology. – 2012. — Vol. 141 (6). – P. 770–776.

4. Harborn J.B., Smith D.M. Correlations between anthocyanin chemistry and pollination ecology of Polemoniaceae // Biochemical Systematic and Ecology. – 1978. — Vol. 6. – P. 127–130.

5. Heil M. Nectar: generation, regulation and ecological functions // Trends in plant science. – 2011. — Vol. 16 (4). – P. 191-200.

6. Kim Y.S., Smith B.H. Effect of an amino acid on feeding preferences and learning behavior in the honey bee Apis mellifera // Journal of Insect Physiology. – 2000. — Vol. 46. – P. 793–801.

8. Shimizu A., Dohzono I., Nakaji M., Roff D.A., Miller III D. G., Osato S., Yajima T., Niitsu S., Utsugi N., Sugawara T., Yoshimura J. Fine-tuned Bee-Flower Coevolutionary State Hidden within Multiple Pollination Interactions // Scientific Reports. – 2014. — Vol. 4. – P. 1–9.

9. Sun M., Gross K., Schiestl F.P. Floral adaptation to local pollinator guilds in a terrestrial orchid // Annals of botany. – 2014. — Vol. 13 (2). — P. 289–300.

10. Zielske A.G., Simons J.N., Silverstein R.M. A flavone feeding stimulant in alligatorweed // Phytochemistry. – 1972. — Vol. 11. – P. 393–396.

Для рационального использования природных ресурсов важнейшее значение имеют фундаментальные исследования сложных механизмов взаимодействия всех компонентов экосистем. Взаимоотношения между насекомыми-опылителями и цветками растений, необходимые для питания первых и размножения вторых, во многом связаны с биохимическими факторами. Запах, окраска и пищевая ценность нектара и пыльцы зависят от состава соответствующих компонентов цветка [2]. Состав нектара и других частей цветка, например пыльцы и лепестков, являясь результатом длительной и сложной коэволюции растений и насекомых-опылителей, может меняться в процессе адаптации растений к локальным условиям опыления [4; 9].

Хотя экология опыления хорошо изучена, главным образом в морфологическом и анатомическом плане, биохимической стороне этого процесса уделялось до последнего времени недостаточно внимания. Применение современных инструментальных методов химического анализа позволяет идентифицировать микроколичества органических веществ и способствует углублению представлений о биохимическом составе нектара и его экологических функциях.

Медоносные растения, точнее их нектар и пыльца, служат важными компонентами природных и сельскохозяйственных экосистем, поскольку являются источниками питания для медоносных пчёл и большого числа других опылителей.

Знания о составе нектара растений и его экологическом значении для других групп организмов, в частности насекомых, птиц, микроорганизмов, по-прежнему весьма ограниченны, что делает необходимым продолжение эколого-биохимических исследований нектара. Исследование состава нектара медоносных растений важно для понимания эколого-биохимических процессов в ландшафтах и их планирования, для углубления представлений о процессах адаптации растений к опылению определенными группами или даже определенным видом насекомых.

Прикладное значение исследований видится нам в оценке пищевой ценности медоносных растений для пчёл, в установлении биохимической взаимосвязи состава нектара и монофлорных сортов мёда, что необходимо для подтверждения ботанико-географического происхождения мёда и выявления его фальсификаций. Данные, полученные нами, представляют определенный интерес для сравнительного анализа состава нектара других видов растений.

Материалы и методы исследований

Объектами исследований являлись цветки основных медоносных растений умеренного пояса (Kirk, Howes, 2012): клевер ползучий (Trifolium repens L.) (n=44); донник белый (Melilotus albus Medik.) (n=44); липа мелколистная (Tilia cordata L.) (n=44); ива белая (Salix alba L.) (n=44). Растения собраны в разных ландшафтно-географических зонах умеренного пояса весной и летом 2012-2014 гг. В Пермском крае (Россия) материал собирали в южно-таёжной подзоне тайги и подтаежной зоне. В федеральной земле Нижняя Саксония (Германия) материал собран в зонах смешанных и широколиственных лесов. Сбор материала проводился в экосистемах с разной степенью антропогенной нагрузки: урбанизированные участки, сельскохозяйственные угодья и особо охраняемые природные территории. Растительный материал, отобранный в экосистемах разных типов, в том числе в антропогенных участках, обладал однотипными морфолого-анатомическими признаками без патологических изменений (некрозы, мелколиственность и т.д.). Растения с явными признаками морфологических отклонений в исследованиях не использовались. Сбор материала проводили одинаковый период суток: в утреннее время (с 9.00 до 10.00 часов), в ясную погоду, за сутки до сбора погода была ясная, сухая.

Для выделения нектара из цветков медоносных растений использовали метод смывания, традиционно применяемый для определения сахаров в нектаре [1]. Навеску свежих цветков 0,5 г заливали 10 см 3 дистиллированной воды с температурой 25 °С, интенсивно встряхивали в течение 30 минут и фильтровали экстракт через бумажный фильтр. Перед хроматографированием экстракты фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 45 мкм. Всего проанализировано 176 проб нектара медоносных растений в 3-кратной аналитической повторности.

Химический состав нектара: содержание свободных аминокислот, водорастворимых витаминов, алифатических карбоновых кислот и фенольных соединений определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым детектором (ВЭЖХ-УФ) на приборе Ultimate 3000 (Dionex, Германия). Тип хроматографической колонки — Acclaim ® C₁₈; 3 мкм; 120 Ǻ; 2,1×210 мм. В качестве подвижной фазы использовались элюенты: ацетонитрил (сорт 0 «ОСЧ» для ВЭЖХ) и фосфатный буфер в концентрациях от 25 до 40 мМ и с уровнем кислотности рН от 2,9 до 5,5 в зависимости от физико-химических свойств исследуемых веществ. Для оптимальной идентификации соединений были определены ультрафиолетовые спектры водных растворов исследуемых веществ на спектрофотометре СФ-2000 с диодной матрицей. Результаты химического анализа выражали в миллиграммах (мг) соответствующего вещества в нектаре в пересчете на 100 г цветков, далее мг/100 г цветков.

Статистическую обработку данных проводили в программе SigmaPlot 11.0 с использованием методов вариационной статистики и дисперсионного анализа. Оценивали характер распределения данных, достоверность средних значений, стандартное отклонение. Варианты сравнивали между собой с применением критерия Фишера и показателя наименьшей существенной разности на 5%-ном уровне значимости (НСР₀₅).

Результаты и их обсуждения

Исследованные виды относятся к основным медоносным растениям умеренной природной зоны, обеспечивая опылителей нектаром и пыльцой в разные периоды вегетационного сезона [7].

Полученные средние величины по содержанию свободных аминокислот, водорастворимых витаминов, алифатических карбоновых кислот и фенольных соединений подчинялись закону нормального распределения. Большое количество проб нектара, отобранных у цветков из разных природных зон и в разных экологических условиях, позволяет считать полученные данные характерными видовыми показателями биохимического состава на 5%-ном уровне значимости.

В нектаре растений обнаруживают 12 аминокислот: аргинин, гистидин, лизин, триптофан, фенилаланин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, валин, глутаминовая и аспарагинова кислоты. Нами изучен аминокислотный состав медоносных растений на примере четырех наиболее часто присутствующих в нектаре и мёде аминокислот.

Как показали результаты, нектар клевера ползучего отличался повышенным содержанием аминокислот: фенилаланина, гистидина, аргинина. В нектаре липы мелколистной отмечено максимальное содержание лейцина. Нектар донника белого характеризовался низким содержанием аргинина и лейцина. В минимальных количествах в нектаре липы мелколистной содержался гистидин, в нектаре ивы белой — фенилаланин (табл. 1).

Аминокислоты в нектаре растений служат важным источником азота для насекомых-опылителей. По некоторым данным, в 0,4 мл нектара содержится около 840 мМ аминокислот, что обеспечивает суточную потребность организма насекомых азотом. Имеется некоторая взаимосвязь между эволюционным развитием растений и их аминокислотным составом.

Содержание аминокислот в нектаре медоносных растений, мг/100 г цветков

Источник